一、三極管的電流放大原理

晶體三極管（以下簡稱三極管）按材料分有兩種：鍺管和硅管。 而每一種又有NPN和PNP兩種結構形式，但使用最多的是硅NPN和PNP兩種三極管，兩者除了電源極性不同外，其工作原理都是相同的，下面僅介紹NPN硅管的電流放大原理。

圖一:晶體三極管（NPN）的結構


圖一是NPN管的結構圖，它是由2塊N型半導體中間夾著一塊P型半導體所組成，從圖可見發射區與基區之間形成的PN結稱為發射結,而集電區與基區形成的 PN結稱為集電結,三條引線分別稱為發射極e、基極b和集電極。當b點電位高于e點電位零點幾伏時，發射結處于正偏狀態，而C點電位高于b點電位幾伏時，集電結處于反偏狀態，集電極電源Ec要高于基極電源Ebo。
???????? 在制造三極管時，有意識地使發射區的多數載流子濃度大于基區的，同時基區做得很薄，而且，要嚴格控制雜質含量，這樣，一旦接通電源后，由于發射結正確，發射區的多數載流子（電子）及基區的多數載流子（控穴）很容易地截越過發射結構互相向反方各擴散，但因前者的濃度基大于后者，所以通過發射結的電流基本上是電子流，這股電子流稱為發射極電流Ie。由于基區很薄,加上集電結的反偏，注入基區的電子大部分越過集電結進入集電區而形成集電集電流Ic，只剩下很少（1-10%）的電子在基區的空穴進行復合，被復合掉的基區空穴由基極電源Eb重新補紀念給，從而形成了基極電流Ibo根據電流連續性原理得： Ie=Ib+Ic 這就是說，在基極補充一個很小的Ib，就可以在集電極上得到一個較大的Ic，這就是所謂電流放大作用，Ic與Ib是維持一定的比例關系，即： β1=Ic/Ib 式中：β--稱為直流放大倍數， 集電極電流的變化量△Ic與基極電流的變化量△Ib之比為： β= △Ic/△Ib 式中β--稱為交流電流放大倍數，由于低頻時β1和β的數值相差不大，所以有時為了方便起見，對兩者不作嚴格區分，β值約為幾十至一百多。三極管是一種電流放大器件，但在實際使用中常常利用三極管的電流放大作用，通過電阻轉變為電壓放大作用。

二、晶體三極管的開關特性

????? 1、靜態特性

????晶體三極管由集電結和發射結兩個PN結構成。根據兩個PN結的偏置極性，三極管有截止、放大、飽和3種工作狀態。圖3.5(a)和(b)分別給出了一個用NPN型共發射極晶體三極管組成的簡單電路及其輸出特性曲線。

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???該電路工作特點如下：

????1）． 截止狀態 ： ??? uB＜0，兩個PN結均為反偏，iB≈0,iC≈0,uCE≈UCC。三極管呈現高阻抗，類似于開關斷開。
????2）． 放大狀態 ：???? uB＞0，發射結正偏，集電結反偏，iC=βiB。
????3）． 飽和狀態 ： ??uB＞0，兩個PN結均為正偏，iB≥IBS(基極臨界飽和電流)≈UCC/βRc ,此時iC=ICS(集電極飽和電流)≈UCC/Rc 。三極管呈現低阻抗，類似于開關接通。

????在數字邏輯電路中，三極管被作為開關元件工作在飽和與截止兩種狀態，相當于一個由基極信號控制的無觸點開關，其作用對應于觸點開關的"閉合"與"斷開"
。
????圖3.6（a）、（b）給出了圖3.5 所示電路在三極管截止與飽和狀態下的等效電路。

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????? 2、動態特性

????晶體三極管在飽和與截止兩種狀態轉換過程中具有的特性稱為三極管的動態特性。

????三極管的開關過程和二極管一樣，管子內部也存在著電荷的建立與消失過程。因此，飽和與截止兩種狀態的轉換也需要一定的時間才能完成。
????假如在圖3.5(a)所示電路的輸入端輸入一個理想的矩形波電壓，那么，在理想情況下，iC和UCE的波形應該如圖3.7(a)所示。但實際轉換過程中iC和UCE的波形如圖3.7(b)所示，無論從截止轉向導通還是從導通轉向截止都存在一個逐漸變化的過程。

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????? 1．開通時間

????開通時間：三極管從截止狀態到飽和狀態所需要的時間稱為開通時間。
????三極管處于截止狀態時，發射結反偏，空間電荷區比較寬。當輸入信號ui由-U1跳變到+U2時，由于發射結空間電荷區仍保持在截止時的寬度，故發射區的電子還不能立即穿過發射結到達基區。這時發射區的電子進入空間電荷區，使空間電荷區變窄，然后發射區開始向基區發射電子，晶體管開始導通。這個過程所需要的時間稱為延遲時間td 。
????經過延遲時間td后，發射區不斷向基區注入電子，電子在基區積累，并向集電區擴散，形成集電極電流iC。隨著基區電子濃度的增加，iC不斷增大。iC上升到最大值的90%所需要的時間稱為上升時間tr。

?????????????????????????開通時間ton =td+tr

????開通時間的長短取決于晶體管的結構和電路工作條件。

????? 2．關閉時間

????關閉時間：三極管從飽和狀態到截止狀態所需要的時間稱為關閉時間。
????進入飽和狀態后，集電極收集電子的能力減弱，過剩的電子在基區不斷積累起來，稱為超量存儲電荷，同時集電區靠近邊界處也積累起一定的空穴，集電結處于正向偏置。
????當輸入電壓ui由+U2跳變到-U1時，存儲電荷不能立即消失，而是在反向電壓作用下產生漂移運動而形成反向基流，促使超量存儲電荷泄放。在存儲電荷完全消失前，集電極電流維持ICS不變，直至存儲電荷全部消散，晶體管才開始退出飽和狀態，iC開始下降。這個過程所需要的時間稱為存儲時間ts。
????基區存儲的多余電荷全部消失后，基區中的電子在反向電壓作用下越來越少，集電極電流iC也不斷減小，并逐漸接近于零。集電極電流由0.9ICS降至0.1ICS所需的時間稱為下降時間tf。

??????????????????? 關閉時間toff=ts+tf

????同樣，關閉時間的長短取決于三極管的結構和運用情況。
????開通時間ton和關閉時間toff的大小反映了三極管由截止到飽和與從飽和到截止的開關速度，它們是影響電路工作速度的主要因素。